医用材料生物学基础－蔡伟第二章医用植入材料生物环境——细胞结构与功能.ppt

第二章 生物环境 二、细胞结构与功能 哈尔滨工业大学 材料学院 材料物理与化学 二OO六年十月 第二章 医用植入材料生物环境 一、生命体系结构、人体组织与器官 二、细胞结构与功能 三、人体血液与组织液系统 四、人体骨骼系统与骨组织生物力学 五、人体免疫系统与免疫细胞 Cellularity Packing Density: maximum theoretical packing density is about 1 x 109 cells/cm3 cell densities in tissues typically vary between 10 – 500 x 106 cells/cm3 relates to about 100 - 500 cells per microenvironment (100 mm)3 extreme cases, such as cartilage which is accellular and has ~ 1 cell per (100 mm)3 thus its microenvironment is essentially 1 cell plus associated ECM 细胞质基质（胞质溶胶） 成分： 小分子：水、无机离子（K+、Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+等） 中等分子：脂类、糖类（葡萄糖、果糖、蔗糖）、氨基酸、核苷酸及其衍生物 大分子：多糖、蛋白质、脂蛋白、酶、 RNA 细胞质基质（胞质溶胶） 功能： ①为各种细胞器维持其正常结构提供所需要的离子环境 ②为各类细胞器完成其功能活动供给所必需的一切底物 ③某些生物化学活动的场所 细胞外基质（ECM） 机体发育过程中，由细胞分泌到细胞外的各种大分子，在细胞周围构成高度水合的凝胶或纤维性网络，对细胞之间的支持、功能的发挥起着重要作用。 细胞外基质的成分 胶原蛋白、蛋白多糖、糖胺聚糖、层连蛋白和弹性蛋白等组成的物理和化学交联网络. 硬组织细胞外基质则为细胞生物矿化形成的30nm～50nm的羟基磷灰石和300nm的胶原纤维取向构建而成. 细胞外基质的作用 细胞分泌ECMs,ECMs则提供细胞信息,包括生物化学信息(细胞因子和生长因子)和生物力学信号甚至场信息. 细胞—ECMs之间存在着动态相互作用,这种作用和细胞—细胞间相互作用共同调控细胞的新陈代谢. 细胞外基质的作用 ECM分子的功能在于使细胞集团化或调控组织结构,调节细胞的特异基因表达,它作为生长因子存储器,可通过控制方式将这些因子提供给ECM相邻细胞. 进行组织重建的生物材料必须具有仿细胞外基质的功能. Cellularity Cellular Communication: Cells communicate in three principal ways: secretion of soluble signals cell-to-cell contact cell-ECM interactions Cellular communication can affect all “cellular fate” processes (migration, replication, differentiation, apoptosis) and the method of communication(s) used depends, in part, on how the cells are packed within the tissue. Cellular Communications Soluble Signals: small proteins (15-20 kDa) which are chemically stable with long half-lives (unless specifically degraded) growth factors, steroids, hormones, cytokines, chemokines bind to membrane receptors usually with high affinity (low binding constants: 10-100 pM) can diffusion long distances Cellular Communications Cellular Communications Cell-to-Cell Contact: some membrane receptors are adhesive molecules adherent jun